KR101048698B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3마스크로 박막트랜지스터 어레이 기판을 형성함으로써 공정단가를 절감하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 본 발명에 의한 액정표시장치는 기판 상에 형성된 게이트 배선 및 게이트 전극과, 상기 게이트 배선을 포함한 전면에 형성되되, 화소전극 및 패드전극이 형성되지 않은 영역에 형성되는 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막과 경계를 이루며 형성된 상기 화소전극 및 패드전극과, 상기 게이트 배선에 교차되어 화소를 정의하는 데이터 배선과, 상기 게이트 전극 상부에 형성되는 소스/드레인 전극과, 상기 게이트 배선의 소정 부위에 오버랩되는 커패시터 전극과, 상기 데이터 배선을 포함한 전면에 형성되는 보호막을 포함하여 구성되는 TFT 어레이 기판과, 상기 TFT 어레이 기판과 마주보고, 공통전극을 가지며, 실란트에 의해 상기 TFT 어레이 기판과 합착되는 대향기판과, 상기 합착된 대향기판의 외곽성을 따라 상기 게이트 절연막 및 보호막을 식각하여 노출된 패드전극을 가지는 것을 특징으로 한다.
저마스크, 3마스크

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Device And Method For Fabricating The Same}
도 1은 종래 기술에 의한 어레이 기판의 제작 순서도.
도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 의한 어레이 기판의 공정 평면도 및 공정 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 어레이 기판의 제작 순서도.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 의한 어레이 기판의 공정 평면도 및 공정 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
102 : 투명한 도전층 103 : 저저항 금속층
109 : 포토 레지스트 111 : 유리기판
112 : 게이트 배선 112a : 게이트 전극
113 : 게이트 절연막 114 : 액티브층
115 : 데이터 배선 115a : 소스 전극
115b : 데이터 전극 116 : 보호막
117 : 화소전극 119a, 119b : 스토리지 상,하부 전극
120 : 패드 전극
본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 저마스크 기술을 이용한 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시소자는 콘트라스트(contrast) 비가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 적다는 특징 때문에 평판 디스플레이 중에서도 그 비중이 증대되고 있다.
이러한 액정표시소자는 동작 수행을 위해 기판에 구동소자 또는 배선 등의 여러 패턴들을 형성하는데, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 기술 중 일반적인 것이 포토식각기술(photolithography)이다.
상기 방법은 패턴이 형성될 기판에 자외선으로 감광하는 재료인 포토 레지스트를 코팅하고, 마스크에 형성된 패턴을 포토 레지스트 위에 노광하여 현상함으로써 패터닝한 다음, 패터닝된 포토 레지스트를 마스크로 활용하여 원하는 물질층을 식각한 후 포토 레지스트를 스트립핑하는 일련의 복잡한 과정으로 이루어진다.
종래 기술에 의한 액정표시소자용 어레이 기판은 기판 상에 게이트 배선층, 게이트 절연막, 액티브층, 데이터 배선층, 보호막, 화소전극을 형성하기 위해서 통상, 5∼7마스크 기술을 사용하고 있는데, 이와같이 마스크를 이용하는 포토식각기술의 횟수가 많아지면 공정 오류의 확률과 공정비용이 증가한다.
최근에는, 이러한 문제점을 극복하고자 포토리소그래피 공정의 횟수를 최소 한으로 줄여 생산성을 높이고 공정 마진을 확보하는 "저마스크 기술"에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 어레이 기판의 제작 순서도이고, 도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 의한 어레이 기판의 공정 평면도 및 공정 단면도이다.
종래 기술에 의한 액정표시소자용 TFT 어레이 기판은, 도 2c에 도시된 바와 같이, 일렬로 배치된 게이트 배선(12)과 상기 게이트 배선(12)에 수직으로 교차 배치되는 데이터 배선(15)에 의해 단위 화소가 정의되며, 상기 단위 화소 내에는 전압의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 박막트랜지스터(TFT)와, 빛을 투과시키는 영역으로 액정층에 신호전압을 걸어주는 화소전극(17)으로 구성된다.
이 때, 상기 게이트 배선(12)과 데이터 배선(15) 사이에는 절연막인 게이트절연막(13)이 더 구비되고, 상기 데이터 배선(15)과 화소전극(17) 사이에는 보호막(16)이 더 구비된다.
따라서, 상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 배선(12)에서 분기되는 게이트 전극(12a)과, 상기 게이트 전극(12a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(13)과, 상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층(14)과, 상기 데이터 배선(15)에서 분기되어 상기 반도체층(14) 양 끝에 각각 형성되는 소스 전극(15a) 및 드레인 전극(15b)으로 구성되며, 상기 드레인 전극(15b)은 상기 보호막(16)을 관통하여 상기 화소전극(17)에 연결되어 화소전극에 전압을 인가한 다.
그리고, 도시하지는 않았으나, 각 화소에는 스토리지 커패시터(Cst)가 더 구비되어 레밸-쉬프트(Level-shift) 전압을 작게 하고 박막트랜지스터의 턴오프 구간동안(비선택 기간 동안)에 액정에 충전된 전하를 유지시켜준다.
상기의 TFT 어레이 기판을 형성하기 위해서는 도 1의 순서도에서와 같이, 준비된 기판 상에 금속층을 증착하여 게이트 배선층을 형성하고(S11, S12), 상기 게이트 배선층을 포함한 전면에 게이트 절연막을 증착한 뒤(S13), 상기 게이트 배선층의 소정 부위에 오버랩되도록 상기 게이트 절연막 상에 액티브층을 형성한다(S14).
다음, 상기 게이트 배선층과 일정한 패턴을 이루도록 데이터 배선층을 형성하고(S15), 상기 데이터 배선층 상부에 콘택홀을 가지는 보호막을 도포한 뒤(S16), 상기 콘택홀을 통해 상기 데이터 배선층의 소정 부위와 연결되는 화소전극을 형성한다(S17).
이로써, 액정표시소자용 어레이 기판을 완성한다.
이와 같이 형성된 어레이 기판은 통상, S12단계, S14단계, S15단계, S16단계, S17단계에서 총 5번의 마스크를 사용한다.
상기 제조방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 2a에서와 같이, 유리기판(11) 상에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 등의 저저항 금속 물질을 증착한 후, 제 1 마스크를 이용한 포토식각기술을 이용하여 복수개의 게이트 배선층 즉, 게이트 배선(12) 및 게이트 전극(12a)을 형성한다.
상기 포토식각기술은 다음과 같이 진행된다.
즉, 내열성이 우수하고 투명한 유리기판 상에 저항이 낮은 금속을 고온에서 증착하고 그 위에 포토레지스트(photoresist)를 도포한 후, 상기 포토레지스트 상부에 제 1 마스크를 위치시켜 빛을 선택적으로 조사함으로써 제 1 마스크의 패턴과 동일한 패턴을 상기 포토레지스트 상에 형성시킨다.
다음, 현상액을 이용하여 빛을 받은 부분의 포토레지스트를 제거하여 포토레지스트를 패터닝한 후, 상기 패터닝된 포토레지스트로부터 노출된 부분의 금속을 선택적으로 식각하여 원하는 패턴을 얻는다.
참고로, 식각 공정에는 플라즈마 가스 또는 라디칼을 이용하여 포토레지스트 사이로 노출된 하부층을 제거하는 건식 식각과 화학용액을 이용하여 하부층을 제거하는 습식 식각이 있다.
상기 건식식각은 절연막을 식각할 때 사용하는 공정으로 패턴의 정밀도가 상대적으로 우수하며, 습식식각은 주로 금속이나 투명전극을 식각할 때 사용하는 공정으로 장비가격과 생산성 면에서 우수하다.
다음, 상기 게이트 배선(12)을 포함한 전면에 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기물질을 고온에서 증착하여 게이트 절연막(13)을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 절연막(13) 위에 액티브층(14)을 형성하는데, 이 때, 제 2 마스크를 이용한 사진식각기술로 상기 게이트 전극(12a)에 오버랩되도록 상기 게이트 절연막(13) 상에 섬(island) 모양의 액티브층(14)을 형성한다.
이 때, 상기 액티브층(14)은 비정질 실리콘(a-Si:H) 및 수소화된 비정질 실리콘(n+a-Si)을 고온에서 차례로 증착하여 형성한다.
상기 게이트 절연막(13) 및 액티브층(14)은 통상 플라즈마 강화형 화학 증기 증착(PECVD:plasma enhanced chemical vapor depostion) 방법에 의해 증착하는데, 이 경우 증착 온도가 약 250 ℃를 초과한다.
계속해서, 도 2b에서와 같이, 상기 액티브층(14)을 포함한 전면에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 등의 저저항 금속 물질을 증착하고 제 3 마스크를 이용한 포토식각기술로 패터닝하여 데이터 배선층을 형성한다.
상기 데이터 배선층은 상기 게이트 배선(12)과 교차하여 단위 화소영역을 정의하는 데이터 배선(15)과, 상기 액티브층(14)의 에지에 각각 오버랩되는 소스 전극(15a) 및 드레인 전극(15b)을 포함한다.
상기에서와 같이 적층된 게이트전극(12a), 게이트 절연막(13), 액티브층(14) 및 소스/드레인 전극(15a, 15b)은 단위 화소영역에 인가되는 전압의 온/오프를 제어하는 박막트랜지스터(TFT)를 이룬다.
다음, 도 2c에서와 같이, 상기 데이터 배선(15)을 포함한 전면에 BCB 등의 유기절연물질 또는 SiNx 등의 무기절연물질을 도포하여 보호막(16)을 형성한다. 그리고, 제 4 마스크를 이용한 포토식각기술로 상기 보호막(16)의 일부를 제거하여 상기 드레인 전극(15b)이 노출되는 콘택홀을 형성한다.
다음, 상기 보호막(16)을 포함한 전면에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명도전물질을 증착하고 제 5 마스크를 이용한 포토식각기술을 이용하여 상기 드레인 전극(15b)에 전기적으로 연결되도록 화소영역에 화소전극(17)을 형성함으로써 액정표시소자용 어레이 기판을 완성한다.
이와같이, 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 어레이 기판은 도시하지는 않았으나, 대향기판과 스페이서를 그 사이에 두고 씨일제에 의해 접착된다. 그리고 두 기판 사이에 액정을 주입하여 액정층을 형성하고 액정주입구를 봉지함으로써 액정표시소자를 완성한다.
종래 기술에 의한 액정표시소자용 어레이 기판은 게이트 배선층, 액티브층, 데이터 배선층, 보호막의 콘택홀, 화소전극을 형성하기 위해서 통상, 5번의 마스크를 사용하는데, 이와 같이 마스크의 사용횟수가 많아지면 공정이 복잡해지고 공정 시간 및 공정 비용이 많이 소요되므로 공정효율이 크게 떨어진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 3마스크로 박막트랜지스터 어레이 기판을 형성함으로써 공정 시간 및 공정 단가를 절감하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치는 기판 상에 형성된 게이트 배선 및 게이트 전극과, 상기 게이트 배선을 포함한 전면에 형성되되, 화소전극 및 패드전극이 형성되지 않은 영역에 형성되는 게이트 절연막과, 상기 게 이트 절연막과 경계를 이루며 형성된 상기 화소전극 및 패드전극과, 상기 게이트 배선에 교차되어 화소를 정의하는 데이터 배선과, 상기 게이트 전극 상부에 형성되는 소스/드레인 전극과, 상기 게이트 배선의 소정 부위에 오버랩되는 커패시터 전극과, 상기 데이터 배선을 포함한 전면에 형성되는 보호막을 포함하여 구성되는 TFT 어레이 기판과, 상기 TFT 어레이 기판과 마주보고, 공통전극을 가지며, 실란트에 의해 상기 TFT 어레이 기판과 합착되는 대향기판과, 상기 합착된 대향기판의 외곽성을 따라 상기 게이트 절연막 및 보호막을 식각하여 노출된 패드전극을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 의한 액정표시장치의 제조방법은 기판 상에 게이트 배선 및 게이트 전극을 형성하는 제 1 단계와, 상기 게이트 배선을 포함한 전면에 게이트 절연막 및 액티브층을 증착하는 제 2 단계와, 상기 게이트 절연막 및 액티브층을 선택적으로 제거하는 제 3 단계와, 상기 게이트 절연막 및 액티브층이 제거된 영역에 화소전극 및 패드전극을 형성하는 제 4 단계와, 상기 게이트 배선에 수직한 방향으로 데이터 배선 및 소스/드레인 전극을 형성하는 제 5 단계와, 상기 데이터 배선을 포함한 전면에 보호막을 도포하는 제 6 단계와, 상기 기판에 대향하도록 대향기판을 합착하고, 그 사이에 액정층을 형성하는 제 7 단계와, 그리고, 상기 게이트 절연막 및 보호막을 식각하여 상기 패드전극을 오픈하는 제 8 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 의한 액정표시소자용 TFT 어레이 기판은 3번의 마스크를 사용하여 완성함으로써 마스크의 사용 횟수를 줄여 제조원가를 절감하고 공정 시간을 줄이는 것을 특징으로 한다.
상기 어레이 기판에는 영상신호를 전달하는 데이터 배선과, 주사신호를 전달하는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성되어 게이트 전극, 소스전극, 드레인 전극, 액티브층을 포함하는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터에 전기적으로 연결된 화소전극과, 상기 게이트 배선과 액티브층을 절연하는 게이트 절연막과, 상기 게이트 배선을 포함한 전면에 형성되어 소자를 보호하는 보호막이 구비된다.
이 때, 상기 게이트 배선을 형성하는 단계와, 상기 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 데이터 배선을 형성하는 단계에만 마스크를 이용한 포토식각기술을 사용하므로, 마스크 사용 횟수를 대폭 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명에 의한 액정표시장치 및 그 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 어레이 기판의 제작 순서도이고, 도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 의한 어레이 기판의 공정 평면도 및 공정 단면도이다.
본 발명에 의한 액정표시소자용 TFT 어레이 기판은, 도 4g에 도시된 바와 같이, 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(115)에 의해 각 화소가 정의되어 각 화소의 투과부를 통해 통과되는 빛에 의해 화상이 표시되는 액티브 영역과, 상기 게이트 배선(112)에 연결되는 게이트 패드 및 상기 데이터 배선(115)과 연결되는 데이터 패드(125)에 의해 외부 구동회로와 연결되는 패드부 영역으로 구분된다.
구체적으로, 상기 액티브 영역에는 복수개의 게이트 배선(112) 및 데이터 배 선(115)이 교차 형성되어 있고, 상기 게이트 배선(112)과 데이터 배선(115) 사이 층에는 게이트 절연막(113) 및 액티브층(114)이 차례로 적층되어 있으며, 각 화소의 투과부에는 상기 게이트 절연막(113) 및 액티브층(114)이 제거된 기판 상에 화소전극(117)이 형성되어 있으며, 또한, 상기 게이트 배선(112)과 데이터 배선(115)의 교차 부위에는 게이트 전극(112a), 게이트 절연막(113), 액티브층(114), 소스/드레인 전극(115a,115b)이 차례로 적층되어 구성된 박막트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor, 도시하지 않음)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 게이트 배선 상부에는 상기 데이터 배선(115)과 동일층인 스토리지 상부전극(119b)이 더 구비되어, 상기 게이트 배선의 소정 영역인 스토리지 하부전극(119a)과 상기 스토리지 상,하부 전극(119b, 119a) 사이에 개재된 게이트 절연막(113) 및 액티브층(114)과 더불어 스토리지 커패시터를 구성함으로써, 박막트랜지스터의 턴오프 구간동안 액정에 충전된 전하를 유지시켜준다.
여기서, 상기 드레인 전극(115b)은 상기 화소전극(117)의 에지에 연결되어 각종 신호를 전달하고, 상기 스토리지 상부전극(119b)은 상기 화소전극(117)에 연결되어 전압을 인가받는다.
그리고, 패드부 영역에는 게이트 드라이버의 게이트 구동신호를 상기 각 게이트 배선(112)에 인가하고 데이터 드라이버의 데이터 신호를 상기 각 데이터 배선(115)에 인가하여 외부 구동회로와 전기적 신호를 인터페이싱하기 위해 상기 게이트 배선(112) 및 데이터 배선(115)에 연결시킨 패드전극(120)이 더 구비된다.
이 때, 상기 패드 전극(120)은 액티브 영역의 화소전극(117)과 동시에 형성 되는 것으로, 상기 게이트 절연막(113) 및 액티브층(114)이 제거된 기판 상에 상기 패드 전극(120)이 형성된다.
이와같이, 본 발명에 의한 화소전극(117) 및 패드전극(120)은 상기 게이트 절연막(113) 및 액티브층(114)이 제거되어 노출된 기판 상에 직접 형성되며, 또한, 드레인 전극(15b)과 화소전극(117)을 연결하기 위한 콘택홀이 불필요하므로 공정이 간소화된다.
상기와 같은 TFT 어레이 기판을 형성하기 위해서는 도 3의 순서도에서와 같이, 준비된 기판 상에 저저항 금속층을 증착하고 제 1 마스크를 이용한 포토식각기술로서 게이트 배선층을 형성하고(S1, S2), 상기 게이트 배선층 상면에 게이트 절연막 및 액티브층을 차례로 적층한 뒤(S3), 제 2 마스크를 이용한 포토식각기술로서 화소전극 및 패드전극이 형성될 부분의 상기 게이트 절연막 및 액티브층을 제거하고(S4), 상기 게이트 절연막 및 액티브층이 제거된 기판 상에 화소전극 및 패드전극을 형성한다.(S5)
다음, 제 3 마스크를 이용한 포토식각기술로서 데이터 배선층을 형성하고 그 위에 보호막을 형성함으로써 어레이 기판을 완성한다(S6, S7).
이와 같이, 형성된 TFT 어레이 기판은 S2단계, S4단계, S6단계에서만 마스크를 사용하므로 저마스크 공정으로 유용하다.
상기 제조방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 투명하고 내열성이 우수한 유리기판(111) 상에 신호지연의 방지를 위해서 15μΩcm-1 이하의 낮은 비저항을 가지는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : Aluminum Neodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 저저항 금속을 증착하여 단일층을 형성하거나 또는 상기 저저항 금속 중 서로 다른 금속을 연속적으로 증착하여 이중층을 형성한다.
다음, 상기 저저항 금속층 상부 전면에 스핀(spin)법, 롤 코팅(roll coating)법 등으로 UV 경화성 수지(Ultraviolet curable resin)인 포토 레지스트(Photo resist)(도시하지 않음)를 도포한 후, 상기 포토 레지스트 상부에 소정의 패턴이 형성된 제 1 마스크를 씌워서 UV 또는 x-선 파장에 노출시켜 노광시킨 뒤, 노광된 포토 레지스트를 현상한다.
이어, 베이킹(baking), 이온 주입 및 UV 선 경화 등으로 식각되지 않은 포토 레지스트를 추가 처리하면 내용해성이 대단히 크고 가교 결합된 포토레지스트 패턴이 얻어진다.
다음, 패터닝된 포토 레지스트에 노출된 저저항 금속층을 습식식각하여 액티브 영역의 게이트 배선(112), 게이트 전극(112a), 스토리지 하부전극(이웃하는 게이트 배선, 119a)을 동시에 형성한다.
이 때, 습식식각은 HF(Hydrofluoric Acid), BOE(Buffered Oxide Etchant), NH4F 또는 이들의 혼합용액 등을 이용하여 식각하는 공정으로 주로 금속이나 투명전극을 식각할 때 사용하며 장비가격과 생산성 면에서 우수하다. 상기 습식식각 방법 에는 화학용액이 차있는 용액조에 기판을 담그는 딥핑방식과 화학용액을 기판 상에 뿌려주는 스프레이 방식이 있다.
다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(112a)을 포함한 전면에 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기 절연물질을 PECVD 방법으로 증착하여 게이트 절연막(113)을 형성한다.
계속해서, 상기 게이트 절연막(113) 상부의 전면에 비정질 실리콘(a-Si) 및 비정질 실리콘에 불순물을 이온 주입한 n+a-Si을 차례로 증착하여 액티브층(114)을 형성한다.
이후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 기판 전면에 포토 레지스트(109)를 도포하고, 그 위에 제 2 마스크(도시하지 않음)를 씌워서 노광시킨 다음, 노광된 포토 레지스트를 현상한 뒤, 고온 노출 베이킹(baking), 이온 주입 및 UV선 경화 등으로 경화시킨다.
이 때, 후공정에서 화소전극 및 패드전극이 형성될 부분만 제외하고 기판 전면에 포토레지스트(109)를 남겨둔다.
다음, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트(109)를 마스크로 하여 상기 액티브층(114)과 게이트 절연막(113)을 일괄적으로 건식식각한다. 즉, 후공정에서 화소전극 및 패드전극이 형성될 부분에서의 액티브층(114)과 게이트 절연막(113)의 적층막을 제거한다.
상기 건식식각 공정은 O2 또는 F계열의 공정가스를 고진공 상태의 식각챔버 내부로 분사한 후 플라즈마 상태로 변형하여 양이온 또는 라디칼(Radical)이 피식각층의 소정영역을 식각하도록 하는 방법으로,절연막을 식각할 때 주로 사용하며 패턴의 정밀도가 상대적으로 우수해진다.
건식식각 기술은 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 PE(Plasma Etching), RIE(Reactive Ion Etching), MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), ECR(Electron Cyclotron Resonance), TCP(Transformer Coupled Plasma) 등의 모드로 나눌 수 있는데, 이 중 액정표시소자 제조공정에서는 PE, RIE 모드를 주로 이용한다.
계속해서, 상기 포토레지스트(109)를 포함한 전면에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zin Oxie) 등의 투명한 도전층(102)을 증착한다.
이어서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(109)와 상기 포토레지스트(109) 상부에 증착된 투명도전막(102)을 일괄적으로 리프트 오프(lift off)시켜 투명도전막(102) 단일층으로 이루어진 화소전극(117) 및 패드전극(120)을 형성한다. 이로써, 상기 화소전극(117) 및 패드 전극(120)은 상기 액티브층(114) 및 게이트 절연막(113) 사이로 노출된 기판 상에 형성된다.
계속하여, 도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 화소전극(117) 및 패드전극(120)을 포함한 전면에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 저저항 금속층(103)을 증착한다. 그리고, 그 위에 포토 레지스트(109)를 도포하고, 제 3 마스크인 하프-톤 마스크(도시하지 않음)를 씌워서 채널부분을 회절노광시킨 다음, 노광된 포토 레지스트를 현상한 뒤, 고온 노출 베이킹(baking), 이온 주입 및 UV 선 경화 등으로 경화시킨다.
상기 하프-톤 마스크는 투명기판 상에 금속 재질의 패턴닝된 차광층을 가지며, 상기 회절 노광부분은 노광기의 해상도보다 좁은 슬릿과 스페이스로 서로 형성되는데, 이런 구성요소들이 하프-톤 마스크를 투명영역, 반투명 영역, 차광영역의 3영역으로 분할한다. 투명영역에는 광투과율이 100%이고, 차광영역은 광투과율이 0%이며, 반투명 영역은 광투과율이 0% 이상 100%이하이다.
따라서, 회절 노광된 포토 레지스트(109)의 잔존 두께도 3영역으로 분할된다. 즉, 완전노광부(A), 완전비노광부(C), 회절노광부(B)의 3영역으로 분할되는데, 상기 완전노광부(A)는 하프-톤 마스크의 투명 영역의 위치에 상응하고, 상기 완전비노광부(C)는 차광 영역의 위치에 상응하며, 상기 회절노광부(B)는 반투명 영역의 위치에 상응한다.
이와 같이, 회절노광된 포토레지스트(109)는 완전노광부(A)에 한해 완전 제거되고, 회절노광부(B)에 한해 조금 제거되며, 완전비노광부(C)에 한해 제거되지 않고 그대로 남아있게 된다. 이 때, 회절노광부(A)에 해당하는 영역은 후공정에서 박막트랜지스터의 채널층이 될 부분이다.
이후, 도 4g에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 패터닝된 포토레지스트(109) 사이에 노출된 완전노광부(A)의 저저항 금속층(103) 및 액티브층(104)을 식각하여 데이터 배선(115), 소스/드레인 전극(115a, 115b) 및 스토리지 전극(119b)을 형성한다. 이로써, 패턴된 저저항 금속층(103) 하부에는 액티브층(104)이 동일한 패턴 으로 형성되어 있게 된다.
이 때, 상기 소스 전극(115a)과 드레인 전극(115b)은 일체형으로 연결되어 있는데, 이는 회절 노광부(B)의 포토레지스트를 에슁(Ashing)하여 제거하고, 에슁된 포토레지스트 사이로 노출된 저저항 금속층을 제거함으로써 서로 분리시켜 준다.
상기 데이터 배선(115)은 상기 게이트 배선(112)에 교차되어 단위 픽셀을 정의하고, 상기 소스 전극(115a) 및 드레인 전극(115b)은 게이트 전극(112a) 상부의 액티브층(114)의 양 가장자리에 각각 형성되어 박막트랜지스터를 구성하며, 상기 스토리지 상부전극(119b)은 그 사이에 게이트 절연막(113) 및 액티브층(114)을 두고 상기 스토리지 하부전극(119a)에 오버랩되어 스토리지 커패시터(storage capacity)를 구성한다.
이 때, 상기 드레인 전극(115b)은 화소전극(117)에 연결되어 상기 화소전극(117)으로 신호를 전달하고, 상기 스토리지 하부전극(119b)은 상기 화소전극(117)에 연결되어 소정의 전압을 인가받는다.
마지막으로, 남아있는 모든 포토레지스트(109)를 스트립핑하고, 상기 데이터 배선(115)을 포함한 전면에 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 등의 무기절연물질을 PECVD 방법으로 증착하여 보호막(118)을 형성하면, 도 4f에 도시된 바와 같이, 액정표시소자용 어레이 기판이 완성된다.
상기 보호막(118)으로는 SiOx, SiNx 등의 무기 절연물질 이외에, BCB(Benzocyclobutene), 아크릴계 물질과 같은 유기 절연물질을 도포하여 형성하여 도 된다.
상기와 같이, 보호막(118)을 별도로 형성하지 않고 이후, 배향막을 형성하여 보호막으로 대체 활용하여도 무방하다.
이상에서와 같이, 본 발명에 의한 어레이 기판은 총 3번의 마스크를 사용하여 완성하므로 저마스크 기술로서 유용하다.
한편, 패드부 영역의 패드전극(120)을 외부로 노출시켜 구동회로와 접속시키기 위해서, 상기 패드 전극(120) 상부의 보호막(118)을 오픈하여야 하는데, 이는 상,하부 기판 합착후 셀 단위로 분리시킨 후에 AP 플라즈마(Atmospheric Pressure Plasma)를 수행하거나 또는 BOE 에천트에 딥핑하여 오픈할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 어레이 기판에 컬러필터층 및 공통전극이 형성된 대향기판을 대향합착한 후, 상기 두 기판 사이에 액정층을 형성하고 액정주입구를 밀봉함으로써 액정표시소자를 완성할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 게이트 배선 및 화소전극을 형성할 경우와, 액티브층을 패터닝할 경우 와, 데이터 배선을 형성할 경우 이렇게 총 3번의 마스크를 사용하여 액정표시소자용 어레이 기판을 완성함으로써 저마스크 기술로 유용하다.
이와같이, 마스크의 사용 횟수를 줄임으로써 공정 단가를 절감하고 공정 시간을 줄일 수 있으며 공정 오류의 확률을 낮출 수 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 기판 상에 게이트 배선 및 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선 및 게이트 전극을 포함한 상기 기판 전면에 게이트 절연막 및 액티브층을 증착하는 단계와;
    상기 게이트 절연막 및 액티브층 상에 포토레지스트를 도포 및 패터닝하고, 패터닝된 상기 포토레지스트 사이로 노출된 상기 게이트 절연막 및 액티브층을 제거하는 단계와;
    패터닝된 상기 포토레지스트를 포함한 상기 기판 전면에 투명도전막을 증착하고, 패터닝된 상기 포토레지스트 및 패터닝된 상기 포토레지스트 상에 증착된 상기 투명도전막을 동시에 제거하여 화소전극 및 패드전극을 형성하는 단계와;
    데이터 배선과 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와;
    상기 데이터 배선과 상기 소스 및 드레인 전극을 포함한 상기 기판 전면에 보호막을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 투명도전막의 재질은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 게이트 배선에 오버랩되고 상기 화소전극에 전기적으로 연결되는 스토리지 상부전극을 상기 데이터 배선과 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 배선과 상기 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계는
    상기 화소전극 및 패드전극을 포함한 상기 기판 전면에 저저항 금속층 및 제 2 포토레지스트를 차례로 형성하는 단계와;
    상기 제 2 포토레지스트를 회절노광하여 패터닝하는 단계와;
    패터닝된 상기 제 2 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 저저항 금속층 및 액티브층을 식각하여 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 저저항 금속층의 소정부위가 노출되도록 상기 제 2 포토레지스트를 에싱한 후, 노출된 상기 저저항 금속층을 제거하여 상기 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와;
    에싱된 상기 제 2 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    패터닝된 상기 제 2 포토레지스트는
    상기 소스 및 드레인 전극의 사이 영역에 대응하는 회절노광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 회절노광시
    하프톤 마스크 또는 슬릿 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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